Els sentinelles silenciosos del plàncton: quists de resistència i períodes de latència

L'estiu del 2023, ens vam quedar bocabadats amb la notícia de cucs ressuscitats després de 46.000 anys congelats en el permafrost siberià. Si bé un pensaria que el plàncton no pot igualar aquest rècord de longevitat en estadis de repòs, la realitat supera les expectatives. A mesura que es desplacen a la deriva per un món en constant canvi, el plàncton suporta fluctuacions de nutrients, temperatura i amenaces de depredadors. Davant d'aquesta adversitat, sorgeixen estratègies de supervivència notables, com ara la latència i la formació de quists de resistència.

Bacteris dorments: mestres de l'adaptació

Els bacteris, reis suprems en l'adaptació, han prosperat durant milers de milions d'anys, i han colonitzat tots els nínxols concebibles de la Terra, inclosos els ambients extrems de les profunditats del mar. A diferència d'alguns integrants del fitoplàncton i el zooplàncton que formen quists, la majoria dels bacteris no es creu que utilitzen aquesta estratègia específica. No obstant això, no sucumbeixen simplement a les condicions adverses. De fet, els bacteris posseeixen un arsenal de tàctiques de supervivència molt ampli. Quan s'enfronten a nutrients limitats, temperatures extremes, o altres factors estressants, alguns entren en un estat similar a la latència. Els seus processos metabòlics es redueixen significativament, però romanen vius i poden reprendre el creixement potencialment quan milloren les condicions. A diferència dels quists veritables, no desenvolupen una paret cel·lular engrossida, sinó que simplement es tornen metabòlicament inactives. Tanmateix, algunes espècies bacterianes marines formen quists i d’altres, especialment les que pertanyen al fílum Bacillota, poden formar endòspores. Es tracta d'estadis dorments altament resistents amb una capa externa gruixuda, que els permet suportar condicions extremes durant períodes extremadament llargs. Potser, el rècord de duració en estat de vida suspesa correspon a alguns bacteris de sediments profunds del Pacífic Sud, “ressuscitat” després de 100 milions d'anys. Sorprenentment, la majoria dels bacteris reviscuts respiraven oxigen, fins i tot es va trobar un bacteri en una mostra que era capaç de captar i fer servir la llum solar. Aquest bacteri, anomenat Chroococcidiopsis, és tan increïblement resistent que s'ha suggerit per a la terraformació de Mart.

Si bé entenem algunes estratègies de latència bacteriana, encara queda molt per descobrir. Els investigadors estan investigant activament els mecanismes que utilitzen els bacteris per entrar i sortir de la latència. A més, cal explorar tota la diversitat d'estratègies de latència en diferents grups bacterians.

Fitoplàncton: el poder del quist

El fitoplàncton, els productors primaris del món aquàtic, abasta una gamma diversa d'algues microscòpiques. Algunes espècies, com els dinoflagel·lats i les diatomees, entre d'altres, poden transformar-se en un estat latent quan les condicions ambientals es tornen desfavorables. Aquesta transformació implica la formació d'una closca protectora resistent o quist al voltant de la cèl·lula de l'organisme. Dins d'aquest quist, els processos vitals del fitoplàncton es redueixen dràsticament, permetent-los entrar en un estat de vida suspesa. Aquesta adaptació els protegeix de condicions dures, com l'escassetat de nutrients, les temperatures extremes, o la llum solar intensa. Es creu que aquests quists són especialment importants per iniciar creixements massius d'algues nocives. Quan s'exposen a règims de llum i nivells de nutrients específics, els quists s’obren i una nova generació d’algues emergeix.

Quist de resistència de dinoflagel.lat. Imatge Albert Calbet

Zooplàncton: sentinelles silenciosos de la columna d'aigua

El zooplàncton no està exempt dels reptes d'un ambient fluctuant. Mentre que alguns es reprodueixen ràpidament per mantenir els nivells de població, altres com els rotífers, copèpodes i cladòcers, adopten una estratègia similar al fitoplàncton: formen ous de resistència o entren en etapes de diapausa. Aquestes estratègies permeten al zooplàncton sobreviure a períodes d'adversitat, com l'escassetat d'aliment o temperatures desfavorables. En essència, actuen com a sentinelles silenciosos, que romanen latents als sediments o a la columna d'aigua, esperant el moment oportú per despertar-se.

Rotífers: meravelles microscòpiques de la latència, moltes espècies de rotífers produeixen ous de resistència tancats en una closca quitinosa resistent. Aquests ous poden suportar condicions dures com la sequera, temperatures de congelació i fins i tot la dessecació completa. Quan tornen les condicions favorables, els ous esclaten, alliberant nous rotífers a la columna d'aigua. Però la seva història no acaba aquí; els rotífers poden assecar tot el seu cos i induir un estat de latència que suporta condicions dures, inclosa l'absència total d'aigua.

Copèpodes: aquests petits crustacis també utilitzen etapes de latència per a la supervivència. Quan s'enfronten a condicions desfavorables, produeixen ous de resistència o de diapausa que s'enfonsen al sediment. Encapsulats en una closca protectora, aquests ous poden fer eclosió en la següent estació favorable o romandre latents durant anys, desencadenant-se la seva eclosió per l'augment de les temperatures o règims de llum específics. Aquest procés és clau per tal de mantenir la successió natural d’espècies a sistemes costaners. Algunes espècies de copèpodes, particularment els copèpodes grossos de les aigües polars, com els del gènere Calanus, no completen tot el seu cicle vital durant la temporada d'estiu. En canvi, entren en un estat latent (diapausa) a les aigües glacials profundes fins que s'apropa el següent estiu.

Cladòcers: aquests peculiars membres del zooplàncton, comunament coneguts com a puces d'aigua produeixen ous de resistència envoltats en una closca quitinosa anomenada efipi. Aquests efipis solen estar adornats amb espines o ganxos, cosa que els permet adherir-se a plantes aquàtiques o altres objectes submergits. Aquesta estratègia de fixació garanteix la supervivència dels ous durant els durs mesos d'hivern o els períodes de sequera, i l'eclosió es produeix quan milloren les condicions. Aquest temps de supervivència en letargia pot ser molt llarg; per exemple, s’han aconseguit fer eclosió d’efipis de Daphnia pulicaria (un cladòcer d'aigua dolça) a partir de sediments de South Central Lake (EUA) durant més de 600 anys! Els efipis, sorprenentment, es remuntaven al 1418 dC, convertint-los en els ous de crustacis reactivats amb èxit més antics mai descoberts! Imagineu-vos, els cladòcers que van produir aquests ous van néixer anys abans que Cristòfol Colom.

La presència d'estadis de repòs en les poblacions de zooplàncton, incloent-hi d’altres grups als esmentats aquí, subratlla la seva notable capacitat per adaptar-se i prosperar en un entorn en constant canvi. Aquestes fases dorments asseguren la resiliència d'aquests herbívors crucials, mantenint el delicat equilibri dins de la intricada xarxa tròfica als nostres ecosistemes aquàtics.

Daphnia pulex mostrant ous normals, esquerra, i efipis, dereta. Imatge Albert Calbet

Més enllà de la supervivència: els beneficis de les etapes de resistència

Els quists de resistència ofereixen més que la supervivència per als organismes dels ecosistemes aquàtics. També actuen com a una forma de banc de llavors, transportats per corrents a grans distàncies. Això permet la dispersió d'espècies i la colonització de nous hàbitats. Aquest mecanisme de dispersió és particularment important per a les espècies de fitoplàncton. Imagineu-vos aquests quists com a petites barquetes, que transporten organismes vitals a noves fronteres i garanteixen la salut dels nostres oceans i sistemes d'aigua dolça.

Una finestra al passat: indicadors ambientals

Els quists de resistència actuen com a registre històric dins dels sediments. La seva presència i abundància poden revelar informació valuosa sobre les condicions ambientals passades. En analitzar els tipus i quantitats de quists presents a sediments, els científics poden reconstruir patrons climàtics passats, nivells de nutrients i fins i tot règims de salinitat. Aquesta informació és crucial per comprendre com els ecosistemes aquàtics han respost als canvis ambientals passats i ens pot ajudar a predir com podrien respondre als canvis futurs associats al canvi climàtic.

En conclusió, les diverses estratègies de latència emprades pel plàncton dibuixen una imatge notable de resiliència i adaptació en el món microscòpic. Aquestes estratègies asseguren la supervivència d'aquests organismes essencials en un entorn en constant canvi i juguen un paper crucial en el manteniment de la salut i la diversitat dels nostres ecosistemes aquàtics. En continuar desentranyant els misteris de la latència en el plàncton, obtenim una comprensió més profunda sobre la complexitat de la xarxa tròfica que sustenta els oceans i els sistemes d'aigua dolça del nostre planeta.